Publikacja z pogranicza geologii i mikrobiologii dotycząca specyficznych interakcji zachodzących na niewielkiej głębokości w litosferze przy udziale biosfery. Autorka opisuje modele przemian przebiegających w środowisku glebowym zanieczyszczonym ropą naftową lub substancjami ropopochodnymi, jak również związkami metali ciężkich. Wzajemne oddziaływania między różnego rodzaju wyjściowym materiałem badawczym a warunkami fizykochemicznymi środowiska oraz rozmaitymi zespołami mikroorganizmów powodują wytworzenie równowagi dynamicznej, której naruszenie prowadzi do różnorakiego przeobrażenia składników organicznych i mineralnych gleby pod wpływem metabolizmu różnych szczepów mikroorganizmów oraz do rozwoju lub zaniku samych tych szczepów. Badania przedstawione w tej pracy są kontynuacją i podsumowaniem wcześniejszych gruntownych badań prowadzonych przez autorkę, świadcząc o jej gruntownym i szczegółowym rozpoznaniu prezentowanej problematyki.
Darmowy fragment publikacji:
MINERALOGICAL SCIENCES COMMITTEE OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES
FACULTY OF GEOLOGY UNIVERSITY OF WARSAW
am am monograph no. 3
i
B
o
s
t
y
m
u
a
c
a
l
j
i
p
r
o
c
e
s
ó
w
g
e
o
c
h
e
m
c
z
n
y
c
h
w
w
a
r
u
n
k
a
c
h
b
e
z
t
l
e
n
o
w
y
c
h
–
A
M
M
o
n
o
g
r
a
p
h
N
o
.
3
,
2
0
1
1
Biostymulacja
Biostymulacja
procesów
procesów
geochemicznych
geochemicznych
w warunkach beztlenowych
w warunkach beztlenowych
w srodowiskach glebowych
w srodowiskach glebowych
zanieczyszczonych ropa naftowa
zanieczyszczonych ropa naftowa
Dorota Wolicka
Edited by
Andrzej Kozłowski
cena: 29 zł
WARSZAWA 2011
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
Biostymulacja procesów
geochemicznych
w warunkach beztlenowych
w środowiskach glebowych
zanieczyszczonych ropą naftową
Biostimulation
of geochemical processes
under anoxic conditions in soil
contaminated by crude oil
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
ISBN 978-83-932617-8-9
This book should be quoted as:
AM Monograph No. 3
Publication from this book is available as the *pdf fi le from:
www.geo.uw.edu.pl/AM/M03/index.htm
The editorial shape of this book is copyrighted by:
© Faculty of Geology, University of Warsaw, 2011
© Committee of Mineralogical Sciences of the Polish Academy of Sciences, 2011
Editor:
Andrzej Kozłowski, Institute of Geochemistry, Mineralogy and Petrology, Faculty
of Geology, University of Warsaw, Al. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa,
Poland; e-mail: a.j.kozlowski@uw.edu.pl
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
Committee of Mineralogical Sciences of the Polish Academy of Sciences
Faculty of Geology, University of Warsaw
Biostymulacja procesów
geochemicznych
w warunkach beztlenowych
w środowiskach glebowych
zanieczyszczonych ropą naftową
Dorota Wolicka
Archivum Mineralogiae Monograph No. 3
Editor
Andrzej Kozłowski
Warszawa 2011
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
Recenzenci
Hanka Boszczyk-Maleszak
Dariusz Dobrzyński
Redakcja
Barbara Nowak
Korekta
Maria Wojciechowska
Redakcja techniczna
Zofi a Kosińska
Redaktor prowadzący
Małgorzata Yamazaki
Skład i łamanie
Dariusz Górski
Projekt okładki
Publikacja dofi nansowana przez Wydział Geologii i Rektora Uniwersytetu Warszawskiego
© Copyright by Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego 2011
ISBN 978-83-235-2895-1 (PDF)
Wydanie I
Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego
00-497 Warszawa, ul. Nowy Świat 4
http://www.wuw.pl; e-mail: wuw@uw.edu.pl
Dział Handlowy: tel (0 48 22) 55 31 333
e-mail: dz.handlowy@uw.edu.pl
Księgarnia internetowa: http://www.wuw.pl/ksiegarnia
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
Pamięci
Profesora Włodzimierza W. Kowalskiego,
Promotora mojej pracy doktorskiej
i mojego Mentora na zawiłych ścieżkach geologii,
tę pracę poświęcam
Składam szczególne podziękowania
Profesorowi Andrzejowi Kozłowskiemu za utwierdzanie mnie
w słuszności wybranej problematyki badawczej
i duchowe wsparcie podczas realizacji
długotrwałych prac badawczych
Dyrektorowi Waldemarowi Wójcikowi
z Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa
za życzliwe zainteresowanie prowadzonymi przeze mnie
badaniami i umożliwienie dostępu
do materiałów badawczych z terenu podkarpackich
kopalni ropy naftowej i gazu ziemnego
Bardzo dziękuję wszystkim Pracownikom Wydziału Geologii
Uniwersytetu Warszawskiego
za okazaną mi pomoc i dyskusję podczas
realizowanych przeze mnie badań.
Znalazło to swój udział w zakresie i kształcie
prezentowanej pracy
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
SPIS TREŚCI
Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Naturalne i antropogeniczne zanieczyszczenia przypowierzchniowych warstw litosfery 11
Udział mikroorganizmów w procesach geochemicznych w przypowierzchniowych
warstwach litosfery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Charakter i zakres zanieczyszczeń środowiska ropą naftową
i produktami ropopochodnymi oraz rola mikroorganizmów
w ich biodegradacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Istota i skala problemu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Udział bakterii redukujących siarczany w biodegradacji ropy naftowej i związków ropo-
pochodnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Sulfidogenne mikroorganizmy beztlenowe – historyczny
zarys badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Cel i zakres pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Metody badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Obszar badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Zróżnicowanie skał podłoża . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Charakterystyka wytypowanych złóż ropy naftowej i gazu ziemnego . . . . . . . . . . . . 25
Charakterystyka gleb na badanym terenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Charakterystyka pobranego materiału badawczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Procedury badań eksperymentalnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Analiza gruntu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Selekcja i izolacja sulfi dogennych zespołów mikroorganizmów . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Podłoża hodowlane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Oznaczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Oznaczenia ilościowe ogólnej liczby bakterii i grzybów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Oznaczenia chemiczne w hodowlach stacjonarnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Analizy osadów pohodowlanych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Obserwacje mikroskopowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Analiza molekularna wyselekcjonowanych sulfidogennych zespołów mikro-
organizmów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Algorytm postępowania w eksperymencie badawczym dotyczącym powstawania faz
mineralnych in situ w glebach skażonych produktami ropopochodnymi . . . . . . . . . . 37
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
7
Charakterystyka badanych gruntów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Charakterystyka mineralogiczna i fi zykochemiczna badanych próbek . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Charakterystyka mikrobiologiczna badanych próbek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Mikrobiologiczne badania eksperymentalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Charakterystyka autochtonicznych sulfi dogennych zespołów mikroorganizmów wyizolo-
wanych z gruntów skażonych ropą naftową i związkami ropopochodnymi . . . . . . . . . . . 51
Analiza molekularna wyizolowanych sulfi dogennych zespołów mikroorganizmów . . . . . 55
Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Minerałotwórcze aspekty metabolizmu mikroorganizmów . . . 68
Ocena mineralogiczna produktów biotransformacji w hodowlach stacjonarnych wyselek-
cjonowanych sulfi dogennych zespołów mikroorganizmów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Udział wyselekcjonowanych zespołów bakterii redukujących siarczany w biotransforma-
cji związków cynku, miedzi i żelaza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Teoretyczna analiza możliwych reakcji biogeochemicznych w badanych układach ekspe-
rymentalnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Analiza mikroskopowa biogenicznych faz mineralnych
w gruntach skażonych produktami ropopochodnymi
w warunkach in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Wnioski i podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
AM Monograph No. 3, 2011
Biostimulation
of geochemical processes
under anoxic condition
in soil contaminated by crude oil
Dorota Wolicka
Abstract: The presented study was focused on determining the conditions and processes of the
formation of mineral phases in anaerobic conditions within soils polluted by crude oil and oil-deri-
ved products. Sulphidogenic assemblages of microorganisms were isolated from soils from selected
areas of crude oil mines in south-eastern Poland. The results of the experiments indicate that one
of the most important microorganism groups responsible for the biodegradation of compounds
posing hazard to the environment in anaerobic conditions are sulphate reducing bacteria (SRB).
The obtained data indicate that in most anaerobic cultures, averagely 50 SRB took part in the
biodegradation of monocyclic aromatic hydrocarbons and diesel fuel applied as the sole carbon
source, at a simultaneous reduction of sulphates by about 1800 mg/L. The presence of assembla-
ges of sulphidogenous microorganisms confi rmed in soils polluted by crude oil and oil-derived
products results in the formation of various mineral phases as the products of their metabolism.
The formation of mineral phases in anaerobic conditions in the presence of oil-derived products
and sulphides as the fi nal electron acceptors is not restricted only to the products of transforma-
tions such as sulphates and carbonates, depending on direct SRB activity. In some conditions SRB
activity may lead to the formation of other mineral phases such as elemental sulphur or mineral
compounds containing iron (II), such as vivianite. The presence of high concentrations of heavy
metals in the environment, mainly copper, may cause the formation of biogenic mineral phases
such as covelline.
The results obtained during the experiments may the base of introducing a method of effective
bioremediation of areas polluted by crude oil and oil-derived products in conditions of periodical
or continuous anoxia in the environment. They may be applied in the microbiological revitaliza-
tion of areas degraded by the oil industry and distribution of oil-derived products.
Key words: environments contamination, petroleum, anaerobic processes, sulphate reduction,
microorganisms, biogenic minerals.
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
9
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
WPROWADZENIE
Naturalne i antropogeniczne zanieczyszczenia
przypowierzchniowych warstw litosfery
Przypowierzchniowa część litosfery i sama powierzchnia Ziemi obejmują zróżnicowane
środowiska geologiczne, które są miejscem ciągłych, dynamicznych przeobrażeń two-
rzących je skał. Naturalne procesy wietrzenia minerałów i skał prowadzą do redystry-
bucji składników chemicznych i wytworzenia faz mineralnych pozostających w równo-
wadze fi zykochemicznej z warunkami otaczającego środowiska. W wyniku tych
procesów powstają specyfi czne dla określonych warunków środowiskowych paragenezy
mineralne i typy litologiczne.
Większe odchylenia od przeciętnych zawartości pewnych składników chemicznych
następują w przypadku wietrzenia koncentracji złożowych, zwłaszcza minerałów krusz-
cowych. Zatem terminem zanieczyszczeń można by określić tylko te anomalne zawar-
tości składników chemicznych, które negatywnie oddziałują na biosferę (metale ciężkie
i radioaktywne, siarka, arsen i inne). Zmiany właściwości chemicznych środowiska
następują stopniowo, zatem selekcja i adaptacja zasiedlających je mikroorganizmów do
lokalnych warunków środowiska najczęściej zachodzi jednocześnie.
Intensywne przekształcanie środowiska naturalnego, związane z gospodarczym wyko-
rzystaniem jego elementów oraz składowaniem niewykorzystanych odpadów aktyw-
nych chemicznie w ilościach przekraczających możliwości przyswojenia i neutraliza-
cji w procesach naturalnych, może stanowić zagrożenie dla lokalnych ekosystemów
i całej biosfery. Szczególnie niebezpieczne są ropa naftowa i produkty ropopo-
chodne (Włostowska, 1993; Łebkowska i in., 1997; Boszczyk-Maleszak i in., 2006).
Kiedy nie jest możliwe naturalne samooczyszczenie środowiska, konieczne jest podjęcie
świadomych i celowych przeciwdziałań chroniących środowisko przed szkodliwymi
zanieczyszczeniami, a w przypadku terenów skażonych również neutralizacji i likwida-
cji zanieczyszczeń, i tym samym prowadzących do rewitalizacji tych terenów.
Problem skażenia przypowierzchniowych środowisk geologicznych ropą naftową i pro-
duktami ropopochodnymi jest ciągle nierozwiązany, zarówno w kraju, jak i za granicą.
Wpływa na to m.in. powszechność stosowania tych związków oraz możliwość szybkiego
ich rozprzestrzeniania się w środowisku. Głównymi źródłami zanieczyszczeń związkami
ropopochodnymi są: instalacje wydobywcze węglowodorów, rafi nerie przerabiające ropę
naftową, urządzenia do dystrybucji i magazynowania paliw, środki transportu surowców
ropopochodnych, warsztaty naprawcze taboru samochodowo-kolejowego, lotniska,
wycieki ropy, awarie podczas eksploatacji, a także nielegalne odwierty (Wolicka, 2008a).
##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw==
11
Pobierz darmowy fragment (pdf)